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基于分形理论的芯块陶瓷高速干磨传热机理研究

何鹏飞  
【摘要】:芯块陶瓷材料具有强度高、导热性差等特点。树脂金刚石砂轮干磨加工芯块陶瓷的磨削能几乎转化为磨削热,使磨削区温度急剧升高,对砂轮寿命、加工成本和质量造成极大影响。因此对芯块陶瓷干磨磨削热的形成和分配机理、磨削区温度场进行研究具有重要的理论和实际意义,也是完善芯块陶瓷加工技术的关键。本文主要对树脂金刚石砂轮磨削芯块陶瓷材料的磨削热进行研究。在研究过程中基于分形理论确定砂轮的等效导热系数和工件的热分配系数;开展芯块陶瓷模拟件干磨削实验;并对磨削区温度场进行数值仿真。具体的研究工作包含以下几个方面:(1)首先利用三维表面轮廓仪采集砂轮形貌信息,使用数字滤波法对获取的砂轮形貌信息进行处理,重构出砂轮的地貌。接着采用盒维数法计算砂轮在不同磨削深度下的分形维数,基于并联导热模型计算出砂轮在不同磨削深度下的等效导热系数。最后采用M.C.Shaw的磨削区热分配模型,结合砂轮的等效导热系数计算出工件的热分配系数。(2)开展芯块陶瓷模拟件的干磨削工艺实验,分别测量不同工件进给速度v_w、不同磨削深度a_p下的磨削力和磨削温度。实验结果表明,随着磨削深度的增加,工件表面的磨削温度有下降的趋势。(3)基于工件热分配分析和实验结果,采用弧形移动热源模型,在ANSYS环境中对杯形砂轮磨削区温度场进行仿真。在一定的条件下,仿真和实验一致性较好。


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